單相橋式全控整流電路

1、 電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)單相橋式全控整流電路系、部:_電氣與信息工程學(xué)院學(xué)生姓名:劉亞龍指導(dǎo)教師:曹志平專(zhuān)業(yè):電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí):電氣本1004班完成時(shí)間:2013年6月13日摘要由于電力電子技術(shù)是將電子技術(shù)和控制技術(shù)引入傳統(tǒng)的電力技術(shù)領(lǐng)域,利用半導(dǎo)體電力開(kāi)關(guān)器件組成各種電力變換電路實(shí)現(xiàn)電能和變換和控制,而構(gòu)成的一門(mén)完整的學(xué)科。故其學(xué)習(xí)方法與電子技術(shù)和控制技術(shù)有很多相似之處,因此要學(xué)好這門(mén)課就必須做好實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì),因而我們進(jìn)行了此次課程設(shè)計(jì)。又因?yàn)檎麟娐窇?yīng)用非常廣泛,而鋸齒波移相觸發(fā)三相晶閘管全控整流電路又有利于夯實(shí)基礎(chǔ),故我們單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路這一課題作為這一

2、課程的課程設(shè)計(jì)的課題。關(guān)鍵字:單結(jié)晶體管;單相晶閘管目錄1 課程設(shè)計(jì)目的與要求 (11.1課程設(shè)計(jì)目的 (11.2課程設(shè)計(jì)的預(yù)備知識(shí) (11.3 課程設(shè)計(jì)要求 (12 課程設(shè)計(jì)方案的選擇 (22.1整流電路 (22.2元器件的選擇 (23 主電路的設(shè)計(jì) (43.1系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖 (43.2系統(tǒng)主體電路原理及說(shuō)明 (43.3原理圖的分析 (54 輔助電路的設(shè)計(jì) (74.1驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) (74.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì) (85 元器件和電路參數(shù)計(jì)算 (115.1. 晶閘管的基本特性 (11圖10 晶閘管門(mén)極伏安特性 (125.2晶閘管基本參數(shù) (135.3性能指標(biāo)分析 (155.4元器件清單 (156

3、系統(tǒng)仿真 (161 課程設(shè)計(jì)目的與要求1.1課程設(shè)計(jì)目的“電力電子技術(shù)”課程設(shè)計(jì)是在教學(xué)及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,對(duì)課程所學(xué)理論知識(shí)的深化和提高。因此,通過(guò)電力電子計(jì)術(shù)的課程設(shè)計(jì)達(dá)到以下幾個(gè)目的:1培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí),并設(shè)計(jì)出具有電壓可調(diào)功能的直流電源系統(tǒng)的能力;2較全面地鞏固和應(yīng)用本課程中所學(xué)的基本理論和基本方法,并初步掌整流電路設(shè)計(jì)的基本方法。3培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立收集資料、獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力;4培養(yǎng)分析、總結(jié)及撰寫(xiě)技術(shù)報(bào)告的能力。1.2課程設(shè)計(jì)的預(yù)備知識(shí)熟悉電力電子技術(shù)課程、電機(jī)學(xué)課程的相關(guān)知識(shí)。1.3 課程設(shè)計(jì)要求1、單相橋式相控整流的設(shè)計(jì)要求為:負(fù)載為感性負(fù)載,L=700mH,R=500歐姆.2、技

4、術(shù)要求:1、電源電壓:交流100V/50Hz2、輸出功率:500W3、移相范圍0º90º按課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)提供的課題,根據(jù)基本要求及參數(shù)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)。12 課程設(shè)計(jì)方案的選擇2.1整流電路單相相控整流電路可分為單相半波、單相全波和單相橋式相控流電路,它們所連接的負(fù)載性質(zhì)不同就會(huì)有不同的特點(diǎn)。而負(fù)載性質(zhì)又分為帶電阻性負(fù)載、電阻-電感性負(fù)載和反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況。單相橋式全控整流電路(電阻-電感性負(fù)載電路簡(jiǎn)圖如下:T i2i dLRu dVT3VT1VT2VT4u1u2(a圖1 單相橋式全控整流電路簡(jiǎn)圖此電路對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制,與單相橋式半控整流電路相比,無(wú)須用續(xù)流二極管

5、,也不會(huì)失控現(xiàn)象,負(fù)載形式多樣,整流效果好,波形平穩(wěn),應(yīng)用廣泛。變壓器二次繞組中,正負(fù)兩個(gè)半周電流方向相反且波形對(duì)稱(chēng),平均值為零,即直流分量為零,不存在變壓器直流磁化問(wèn)題,變壓器的利用率也高。單相全控橋式整流電路具有輸出電流脈動(dòng)小,功率因數(shù)高,變壓器二次電流為兩個(gè)等大反向的半波,沒(méi)有直流磁化問(wèn)題,變壓器利用率高的優(yōu)點(diǎn)。單相全控橋式整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路2倍,在相同的負(fù)載下流過(guò)晶閘管的平均電流減小一半,且功率因數(shù)提高了一半。根據(jù)以上的分析,我選擇的方案為單相全控橋式整流電路(負(fù)載為電阻-電感性負(fù)載。2.2元器件的選擇晶管又稱(chēng)為晶體閘流管,可控硅整流(Silicon Controll

6、ed Rectifier-SCR,開(kāi)辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時(shí)代; 20世紀(jì)80年代以來(lái),開(kāi)始被性能更好的全控型器件取代。能承受的電壓和電流容量最高,工作可靠,以被廣泛應(yīng)用于相控整流、逆變、交流調(diào)壓、直流變換等領(lǐng)域,成為功率低頻(200Hz以下裝置中的主要器件。晶閘管往往專(zhuān)指晶閘管的一種基本類(lèi)型-普通晶閘管。廣義上講,晶閘管還包括其許多類(lèi)型的派生器件。1晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管是大功率器件,工作時(shí)產(chǎn)生大量的熱,因此必須安裝散熱器。引出陽(yáng)極A、陰極K和門(mén)極(或稱(chēng)柵極G三個(gè)聯(lián)接端。2晶閘管的門(mén)極觸發(fā)條件(1: 晶閘管承受反向電壓時(shí),不論門(mén)極是否有觸發(fā)電流,晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通;(2:晶閘管承

7、受正向電壓時(shí),僅在門(mén)極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通;(3:晶閘管一旦導(dǎo)通門(mén)極就失去控制作用;(4:要使晶閘管關(guān)斷,只能使其電流小到零一下。的電路稱(chēng)為晶閘管的驅(qū)動(dòng)過(guò)程更多的是稱(chēng)為觸發(fā),產(chǎn)生注入門(mén)極的觸發(fā)電流IG門(mén)極觸發(fā)電路。也正是由于能過(guò)門(mén)極只能控制其開(kāi)通,不能控制其關(guān)斷,晶閘管才被稱(chēng)為半控型器件?？申P(guān)斷晶閘管簡(jiǎn)稱(chēng)GTO1可關(guān)斷晶閘管的工作原理 圖2 GTO的結(jié)構(gòu)、等效電路和圖形符號(hào)GTO的導(dǎo)通機(jī)理與SCR是完全一樣的。 GTO一旦導(dǎo)通之后,門(mén)極信號(hào)是可以撤除的,在制作時(shí)采用特殊的工藝使管子導(dǎo)通后處于臨界飽和,而不像普通晶閘管那樣處于深飽和狀態(tài),這樣可以用門(mén)極負(fù)脈沖電流破壞臨界飽和狀態(tài)使其關(guān)

8、斷。 GTO在關(guān)斷機(jī)理上與SCR是不同的。門(mén)極加負(fù)脈沖即從門(mén)極抽出電流(即抽出飽和導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存的大量載流子,強(qiáng)烈正反饋使器件退出飽和而關(guān)斷。3 主電路的設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖系統(tǒng)原理方框圖如3所示:圖3 系統(tǒng)原理方框圖3.2系統(tǒng)主體電路原理及說(shuō)明 T i2i dLRu dVT3VT1VT2VT4u1u2(a圖4 阻感性負(fù)載電路(a、工作波形(b假設(shè),工作于穩(wěn)定狀態(tài),負(fù)載電流連續(xù),近似為一平直的直線(xiàn)。工作原理在電源電壓2u正半周期間,VT1、VT2承受正向電壓,若在=t時(shí)觸發(fā), VT1、VT2導(dǎo)通,電流經(jīng)VT1、負(fù)載、VT2和T二次側(cè)形成回路,但由于大電感的存在,2u過(guò)零變負(fù)時(shí),電感上的感應(yīng)電動(dòng)

9、勢(shì)使VT1、VT2繼續(xù)導(dǎo)通,直到VT3、保護(hù)電路單相電源輸出驅(qū)動(dòng)電路負(fù)載電路整流電路RL>>VT4被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí),VT1、VT2承受反相電壓而截止。輸出電壓的波形出現(xiàn)了負(fù)值部分。在電源電壓2u 負(fù)半周期間,晶閘管VT3、VT4承受正向電壓,在+=t 時(shí)觸發(fā),VT3、VT4導(dǎo)通,VT1、VT2受反相電壓截止,負(fù)載電流從VT1、VT2中換流至VT3、VT4中在2=t 時(shí),電壓2u 過(guò)零,VT3、VT4因電感中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一直導(dǎo)通,直到下個(gè)周期VT1、VT2導(dǎo)通時(shí),VT3、VT4因加反向電壓才截止。值得注意的是,只有當(dāng)2時(shí),負(fù)載電流d i 才連續(xù),當(dāng)2>時(shí),負(fù)載電流不連續(xù),而且輸出電

10、壓的平均值均接近零,因此這種電路控制角的移相范圍是20-。 (1輸出電壓平均值d U 和輸出電流平均值d I(1 (2 (2晶閘管的電流平均值dT I 和有效值T I(3(4 (3輸出電流有效值I 和變壓器二次電流有效值2I(5 (4晶閘管所承受的最大正向電壓和反向電壓均為 3.3原理圖的分析(cos 9.0cos 22d sin 21222dU U t t U U =+RU I dd=dT 21I I =d dT 21I I =d I I I =222UTi 2i dLRu dVT 3VT 1VT 2VT 4u1u2單結(jié)晶閘管觸發(fā)電路1單結(jié)晶閘管觸發(fā)電路2單結(jié)晶閘管觸發(fā)電路3單結(jié)晶閘管觸發(fā)電

11、路4圖5 電路原理圖該電路主要由四部分構(gòu)成,分別為電源,過(guò)電保護(hù)電路,整流電路和觸發(fā)電路構(gòu)成。輸入的信號(hào)經(jīng)變壓器變壓后通過(guò)過(guò)電保護(hù)電路,保證電路出現(xiàn)過(guò)載或短路故障時(shí),不至于傷害到晶閘管和負(fù)載。在電路中還加了防雷擊的保護(hù)電路。然后將經(jīng)變壓和保護(hù)后的信號(hào)輸入整流電路中。整流電路中的晶閘管在觸發(fā)信號(hào)的作用下動(dòng)作,以發(fā)揮整流電路的整流作用。在電路中,過(guò)電保護(hù)部分我們分別選擇的快速熔斷器做過(guò)流保護(hù),而過(guò)壓保護(hù)則采用RC 電路。這部分的選擇主要考慮到電路的簡(jiǎn)單性,所以才這樣的保護(hù)電路部分。整流部分電路則是根據(jù)題目的要求,選擇的我們學(xué)過(guò)的單相橋式整流電路。該電路的結(jié)構(gòu)和工作原理是利用晶閘管的開(kāi)關(guān)特性實(shí)現(xiàn)將交

12、流變?yōu)橹绷鞯墓δ堋Ｓ|發(fā)電路是由設(shè)計(jì)題目而定的,題目要求了用單結(jié)晶體管直接觸發(fā)電路。單結(jié)晶體管直接觸發(fā)電路的移相范圍變化較大,而且由于是直接觸發(fā)電路它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。一方面是方便我們對(duì)設(shè)計(jì)電路中變壓器型號(hào)的選擇。4 輔助電路的設(shè)計(jì)4.1驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)對(duì)于使用晶閘管的電路,在晶閘管陽(yáng)極加正向電壓后,還必須在門(mén)極與陰極之間加觸發(fā)電壓,使晶閘管在需要導(dǎo)通的時(shí)刻可靠導(dǎo)通。驅(qū)動(dòng)電路亦稱(chēng)觸發(fā)電路。根據(jù)控制要求決定晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻,對(duì)變流裝置的輸出功率進(jìn)行控制。觸發(fā)電路是變流裝置中的一個(gè)重要組成部分,變流裝置是否能正常工作,與觸發(fā)電路有直接關(guān)系,因此,正確合理地選擇設(shè)計(jì)觸發(fā)電路及其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是保證晶閘管變流

13、裝置安全,可靠,經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提。晶閘管觸發(fā)主要有移相觸發(fā)、過(guò)零觸發(fā)和脈沖列調(diào)制觸發(fā)等。觸發(fā)電路對(duì)其產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖要求:觸發(fā)信號(hào)可為直流、交流或脈沖電壓。觸發(fā)信號(hào)應(yīng)有足夠的功率(觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流。由閘管的門(mén)極伏安特性曲線(xiàn)可知,同一型號(hào)的晶閘管的門(mén)極伏安特性的分散性很大,所以規(guī)定晶閘管元件的門(mén)極阻值在某高阻和低阻之間,才可能算是合格的產(chǎn)品。晶閘管器件出廠(chǎng)時(shí),所標(biāo)注的門(mén)極觸發(fā)電流Igt、門(mén)極觸發(fā)電壓U是指該型號(hào)的所有合格器件都能被觸發(fā)導(dǎo)通的最小門(mén)極電流、電壓值,所以在接近坐標(biāo)原點(diǎn)處以觸發(fā)脈沖應(yīng)一定的寬度且脈沖前沿應(yīng)盡可能陡。由于晶閘管的觸發(fā)是有一個(gè)過(guò)程的,也就是晶閘管的導(dǎo)通需要一定的時(shí)間。只有當(dāng)晶

14、閘管的陽(yáng)極電流即主回路電流上升到晶閘管的掣住電流以上時(shí),晶閘管才能導(dǎo)通,所以觸發(fā)信號(hào)應(yīng)有足夠的寬度才能保證被觸發(fā)的晶閘管可靠的導(dǎo)通,對(duì)于電感性負(fù)載,脈沖的寬度要寬些,一般為0.51MS,相當(dāng)于50HZ、18度電度角。為了可靠地、快速地觸發(fā)大功率晶閘管,常常在觸發(fā)脈沖的前沿疊加上一個(gè)觸發(fā)脈沖。觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度,脈沖的前沿盡可能陡,以使元件在觸發(fā)導(dǎo)通后,陽(yáng)極電流能迅速上升超過(guò)掣住電流而維持導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖的寬度要能維持到晶閘管徹底導(dǎo)通后才能撤掉,晶閘管對(duì)觸發(fā)脈沖的幅值要求是:在門(mén)極上施加的觸發(fā)電壓或觸發(fā)電流應(yīng)大于產(chǎn)品提出的數(shù)據(jù),但也不能太大,以防止損壞其控制極,在有晶閘管串并聯(lián)的場(chǎng)合,觸發(fā)脈沖

15、的前沿越陡越有利于晶閘管的同時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽(yáng)極電壓同步,脈沖移相范圍必須滿(mǎn)足電路要求。例如單相全控橋式整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí),要求觸發(fā)脈沖的移項(xiàng)范圍是0度180度,帶大電感負(fù)載時(shí),要求移項(xiàng)范圍是0度90度;三相半波可控整流電路電阻性負(fù)載時(shí),要求移項(xiàng)范圍是0度90度。觸發(fā)脈沖與主電路電源必須同步。為了使晶閘管在每一個(gè)周期都以相同的控制角 被觸發(fā)導(dǎo)通,觸發(fā)脈沖必須與電源同步,兩者的頻率應(yīng)該相同,而且要有固定的相位關(guān)系,以使每一周期都能在同樣的相位上觸發(fā)。觸發(fā)電路同時(shí)受控于電壓uc與同步電壓us控制。4.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì)在電力電子器件電路中,除了電力電子器件參數(shù)要選擇合適,驅(qū)動(dòng)電

16、路設(shè)計(jì)良好外,采用合適的過(guò)電壓保護(hù),過(guò)電流保護(hù),du/dt保護(hù)和di/dt保護(hù)也是必不可少的。所謂過(guò)壓保護(hù),即指流過(guò)晶閘管兩端的電壓值超過(guò)晶閘管在正常工作時(shí)所能承受的最大峰值電壓Um都稱(chēng)為過(guò)電壓。產(chǎn)生過(guò)電壓的原因一般由靜電感應(yīng)、雷擊或突然切斷電感回路電流時(shí)電磁感應(yīng)所引起。其中,對(duì)雷擊產(chǎn)生的過(guò)電壓,需在變壓器的初級(jí)側(cè)接上避雷器,以保護(hù)變壓器本身的安全;而對(duì)突然切斷電感回路電流時(shí)電磁感應(yīng)所引起的過(guò)電壓,一般發(fā)生在交流側(cè)、直流側(cè)和器件上,因而,下面介紹單相橋式全控整流主電路的電壓保護(hù)方法。1.交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓產(chǎn)生過(guò)程:電源變壓器初級(jí)側(cè)突然拉閘,使變壓器的勵(lì)磁電流突然切斷,鐵芯中的磁通在短時(shí)間內(nèi)

17、變化很大,因而在變壓器的次級(jí)感應(yīng)出很高的瞬時(shí)電壓。保護(hù)方法:阻容保護(hù)2.直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓產(chǎn)生過(guò)程:當(dāng)某一橋臂的晶閘管在導(dǎo)通狀態(tài)突然因果載使快速熔斷器熔斷時(shí),由于直流住電路電感中儲(chǔ)存能量的釋放,會(huì)在電路的輸出端產(chǎn)生過(guò)電壓。保護(hù)方法:阻容保護(hù)整流主電路交流側(cè)直流側(cè)圖6 主電路的過(guò)電壓保護(hù)電力電子電路運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時(shí),可能會(huì)發(fā)生過(guò)電流現(xiàn)象。過(guò)電流分載和短路兩種情況。一般電力電子均同時(shí)采用幾種過(guò)電壓保護(hù)措施,怪提高保護(hù)的可靠性和合理性。在選擇各種保護(hù)措施時(shí)應(yīng)注意相互協(xié)調(diào)。通常,電子電路作為第一保護(hù)措施,快速熔斷器只作為短路時(shí)的部分區(qū)斷的保護(hù),直流快速斷路器在電子電力動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù),過(guò)電

18、流繼電器在過(guò)載時(shí)動(dòng)作。在選擇快熔時(shí)應(yīng)考慮:1、電壓等級(jí)應(yīng)根據(jù)快熔熔斷后實(shí)際承受的電壓來(lái)確定。2、電流容量應(yīng)按照其在主電路中的接入方式和主電路連接形式確定。快熔一般與電力半導(dǎo)體體器件串聯(lián)連接,在小容量裝置中也可串接于閥側(cè)交流母線(xiàn)或直流母線(xiàn)中。3、快熔的It 值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許It 值。4、為保證熔體在正常過(guò)載情況下不熔化,應(yīng)考慮其時(shí)間電流特性?？烊蹖?duì)器件的保護(hù)方式分為全保護(hù)和短保護(hù)兩種。全保護(hù)是指無(wú)論過(guò)載還是短路均由快熔進(jìn)行保護(hù),此方式只適用于小功率裝置或器件使用裕量較大的場(chǎng)合。短路保護(hù)方式是指快熔只要短路電流較大的區(qū)域內(nèi)起保護(hù)作用,此方式需與其他過(guò)電流保護(hù)措施相配合。熔斷器是最簡(jiǎn)單的過(guò)電

19、流保護(hù)元件,但最普通的熔斷器由于熔斷特性不合適,很可能在晶閘管燒壞后熔斷器還沒(méi)有熔斷,快速熔斷器有較好的快速熔斷特性,一旦發(fā)生過(guò)電流可及時(shí)熔斷起到保護(hù)作用。最好的辦法是晶閘管元件上直接串快熔,因流過(guò)快熔電流和晶閘管的電流相同,所以對(duì)元件的保護(hù)作用最好。1 電流上升率di/dt 的抑制晶閘管初開(kāi)通時(shí)電流集中在靠近門(mén)極的陰極表面較小的區(qū)域,局部電流密度很大,然后以0.1mm/s 的擴(kuò)展速度將電流擴(kuò)展到整個(gè)陰極面,若晶閘管開(kāi)通時(shí)電流上升率di/dt過(guò)大,會(huì)導(dǎo)致PN結(jié)擊穿,必須限制晶閘管的電流上升率使其在合適的范圍內(nèi)。其有效辦法是在晶閘管的陽(yáng)極回路串聯(lián)入電感。如下圖7所示: 圖7 串聯(lián)電感抑制回路2

20、電壓上升率dv/dt的抑制加在晶閘管上的正向電壓上升率dv/dt也應(yīng)有所限制,如果dv/dt過(guò)大,由于晶閘管結(jié)電容的存在而產(chǎn)生較大的位移電流,該電流可以實(shí)際上起到觸發(fā)電流的作用,使晶閘管正向阻斷能力下降,嚴(yán)重時(shí)引起晶閘管誤導(dǎo)通。為抑制dv/dt 的作用,可以在晶閘管兩端并聯(lián)R-C阻容吸收回路。如圖8所示: 圖8 并聯(lián)R-C阻容吸收回5 元器件和電路參數(shù)計(jì)算5.1. 晶閘管的基本特性靜態(tài)特性又稱(chēng)伏安特性,指的是器件端電壓與電流的關(guān)系。這里介紹陽(yáng)極伏安特性和門(mén)極伏安特性。(1陽(yáng)極伏安特性晶閘管的陽(yáng)極伏安特性表示晶閘管陽(yáng)極與陰極之間的電壓U ak與陽(yáng)極電流i a 之間的關(guān)系曲線(xiàn),如圖9所示。 圖9

21、晶閘管陽(yáng)極伏安特性正向阻斷高阻區(qū);負(fù)阻區(qū);正向?qū)ǖ妥鑵^(qū);反向阻斷高阻區(qū)陽(yáng)極伏安特性可以劃分為兩個(gè)區(qū)域:第象限為正向特性區(qū),第象限為反向特性區(qū)。第象限的正向特性又可分為正向阻斷狀態(tài)及正向?qū)顟B(tài)。(2門(mén)極伏安特性,門(mén)極伏安特性就是指這個(gè)PN結(jié)晶閘管的門(mén)極與陰極間存在著一個(gè)PN結(jié)J3上正向門(mén)極電壓U g與門(mén)極電流I g間的關(guān)系。由于這個(gè)結(jié)的伏安特性很分散,無(wú)法找到一條典型的代表曲線(xiàn),只能用一條極限高阻門(mén)極特性和一條極限低阻門(mén)極特性之間的一片區(qū)域來(lái)代表所有元件的門(mén)極伏安特性,如圖10陰影區(qū)域所示。 圖10 晶閘管門(mén)極伏安特性晶閘管常應(yīng)用于低頻的相控電力電子電路時(shí),有時(shí)也在高頻電力電子電路中得到應(yīng)用

22、,如逆變器等。在高頻電路應(yīng)用時(shí),需要嚴(yán)格地考慮晶閘管的開(kāi)關(guān)特性,即開(kāi)通特性和關(guān)斷特性。(1開(kāi)通特性晶閘管由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的過(guò)程為開(kāi)通過(guò)程。圖11給出了晶閘管的開(kāi)關(guān)特性。在晶閘管處在正向阻斷的條件下突加門(mén)極觸發(fā)電流,由于晶閘管內(nèi)部正反饋過(guò)程及外電路電感的影響,陽(yáng)極電流的增長(zhǎng)需要一定的時(shí)間。從突加門(mén)極電流時(shí)刻到陽(yáng)極電流上升到穩(wěn)定值I T的10%所需的時(shí)間稱(chēng)為延遲時(shí)間t d,而陽(yáng)極電流從10%I T 上升到90%I T所需的時(shí)間稱(chēng)為上升時(shí)間t r,延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和為晶閘管的開(kāi)通時(shí)間t gt=t d+t r,普通晶閘管的延遲時(shí)間為0.51.5s,上升時(shí)間為0.5 3s。延遲時(shí)間隨門(mén)極電流的增大而減

23、少,延遲時(shí)間和上升時(shí)間隨陽(yáng)極電壓上升而下降。 圖11 晶閘管的開(kāi)關(guān)特性(2關(guān)斷特性通常采用外加反壓的方法將已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。反壓可利用電源、負(fù)載和輔助換流電路來(lái)提供。要關(guān)斷已導(dǎo)通的晶閘管,通常給晶閘管加反向陽(yáng)極電壓。晶閘管的關(guān)斷,就是要使各層區(qū)內(nèi)載流子消失,使元件對(duì)正向陽(yáng)極電壓恢復(fù)阻斷能力。突加反向陽(yáng)極電壓后,由于外電路電感的存在,晶閘管陽(yáng)極電流的下降會(huì)有一個(gè)過(guò)程,當(dāng)陽(yáng)極電流過(guò)零,也會(huì)出現(xiàn)反向恢復(fù)電流,反向電流達(dá)最大值I RM 后,再朝反方向快速衰減接近于零,此時(shí)晶閘管恢復(fù)對(duì)反向電壓的阻斷能力。5.2晶閘管基本參數(shù)1、額定電壓U Tn通常取U DRM 和U RRM 中較小的,再取靠近標(biāo)準(zhǔn)的電

24、壓等級(jí)作為晶閘管型的額定電壓。在選用管子時(shí),額定電壓應(yīng)為正常工作峰值電壓的23倍,以保證電路的工作安全。晶閘管的額定電壓 RRM D RM Tn U U U ,min =U Tn =(23U TMU TM :工作電路中加在管子上的最大瞬時(shí)電壓 2、額定電流I T(AVI T(AV 又稱(chēng)為額定通態(tài)平均電流。其定義是在室溫40°和規(guī)定的冷卻條件下,元件在電阻性負(fù)載流過(guò)正弦半波、導(dǎo)通角不小于170°的電路中,結(jié)溫不超過(guò)額定結(jié)溫時(shí),所允許的最大通態(tài)平均電流值。將此電流按晶閘管標(biāo)準(zhǔn)電流取相近的電流等級(jí)即為晶閘管的額定電流。I Tn :額定電流有效值,根據(jù)管子的I T(AV 換算出,

25、I T(AV 、I TM I Tn 三者之間的關(guān)系:TM Tn I t d t I 5.02Im/(sin (Im 2/102=(6TMAV T I t td I 318.0Im/(sin Im 2/10(=(73、 維持電流I H維持電流是指晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流,一般為幾十到幾百毫安。維持電流與結(jié)溫有關(guān),結(jié)溫越高,維持電流越小,晶閘管越難關(guān)斷。4、 掣住電流I L晶閘管剛從阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)并撤除門(mén)極觸發(fā)信號(hào),此時(shí)要維持元件導(dǎo)通所需的最小陽(yáng)極電流稱(chēng)為掣住電流。一般掣住電流比維持電流大(24倍。5、通態(tài)平均管壓降 U T(AV 。指在規(guī)定的工作溫度條件下,使晶閘管導(dǎo)通的正 弦波半

26、個(gè)周期內(nèi)陽(yáng)極與陰極電壓的平均值,一般在0.41.2V 。6、門(mén)極觸發(fā)電流I g 。在常溫下,陽(yáng)極電壓為6V 時(shí),使晶閘管能完全導(dǎo)通所用的門(mén)極電流,一般為毫安級(jí)。7、 斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt 。在額定結(jié)溫和門(mén)極開(kāi)路的情況下,不會(huì)導(dǎo)致 晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的最大正向電壓上升率。一般為每微秒幾十伏。 8、 通態(tài)電流臨界上升率di/dt 。在規(guī)定條件下,晶閘管能承受的最大通態(tài)電 流上升率。若晶閘管導(dǎo)通時(shí)電流上升太快,則會(huì)在晶閘管剛開(kāi)通時(shí),有很大的電流集中在門(mén)極附近的小區(qū)域內(nèi),從而造成局部過(guò)熱而損壞晶閘管。9、波形系數(shù):有直流分量的電流波形,其有效值I 與平均值d I 之比稱(chēng)為該波形的波形系數(shù),用K f 表示。